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Homer-Dixon, T, B. Walker, R. Biggs, A.-S。Crépin, C. Folke, E. F. Lambin, G. D. Peterson, J. Rockström, M. Scheffer, W. Steffen, M. Troell. 2015。同步失败:全球危机的新兴因果架构。生态和社会 20.(3): 6。
http://dx.doi.org/10.5751/ES-07681-200306
同步失败:全球危机的新兴因果架构
摘要
最近的全球危机揭示了一种正在出现的因果模式，这种模式可能日益成为未来全球危机产生和发展的特征。概念框架确定了这种模式的深层原因、中间过程和最终结果。该框架表明，在单个社会-生态系统内，多重压力如何相互作用，从而导致该系统行为的转变;在几个基本离散的社会-生态系统中，这类同时发生的变化如何相互作用，从而导致更大的系统间危机;以及如此大的危机如何跨越多个系统边界，迅速传播到全球范围。2008-2009年金融能源危机和粮食能源危机的案例研究说明了这个框架。并对未来的研究提出建议，以进一步探讨该框架的主张。介绍
最近有人提出，可识别的边界标志着人类改变行星生物物理系统(如氮和碳循环)的安全限度(Rockström, et al. 2009)a、bSteffen et al. 2015)。根据这一观点，超过这些系统中关键变量的特定水平将显著提高状态转移的可能性，这将是一个急剧的非线性跳跃或“临界过渡”到交替状态(Scheffer 2009, Barnosky et al. 2012)。如果这种转变发生在地球系统一级，它可能影响重要的社会和经济系统，并迅速降低人类的状况。例如，地球气候的一个关键过渡可能会导致世界粮食产量突然下降，在缺乏适当应对措施的情况下，进而产生长期的次国家暴力、国家失败和广泛的国际冲突。
然而，这是对全球范围的灾难性社会生态危机可能如何发生的一种过于简单的描述。在现实世界中，任何这样的危机都有一个复杂的因果、空间和时间结构。例如，不是在行星尺度上单一的关键转变，起源于特定系统或地理区域的较小危机可能会传播到系统边界，连接在一起，然后扩展成全球危机(Lee和Preston 2012)。
我们认为，最近的全球危机，尤其是2008-2009年同时发生的几次危机，揭示了一种新兴的因果关系模式或架构，这种模式或架构将日益成为未来危机诞生和发展的特征。在一个由一系列相互关联的命题组成的概念框架中，我们确定了这种模式的深层原因、中间过程和最终结果，我们称之为“同步失败”(Homer-Dixon 2006, Kent 2011)。
学者和评论员最近开始强调多重、同时和相互作用的全球压力，如人口压力、气候变化、资源稀缺和金融不稳定，正在增加全球系统性风险(贝丁顿2009年，经合组织2011年，世界经济论坛2012年，赫尔宾2013年，帕姆林和阿姆斯特朗2015年)。beplay竞技他们经常将人类现在和未来几十年面临的情况描述为同时发生危机的“完美风暴”(Sample 2009, Ahmed 2011, Ehrlich and Ehrlich 2013, Morgan 2013)。虽然这句话很有启发性，但它暗示危机完全是偶然结合在一起的。相反，我们认为，它们的同时性是一种正在变得越来越普遍的潜在因果模式的表现，我们阐述了一个概念框架来暂时描述这种模式。
通过对新兴的全球风险格局进行诊断，我们希望深化对人类未来挑战的科学探究。这里提出的综合框架表明，在单个社会-生态系统中，多重压力如何相互作用，从而导致系统行为的转变;在几个基本离散的社会-生态系统中，这种同时发生的转变如何相互作用，从而导致更大的系统间危机;以及这样的更大危机如何迅速跨越多个系统边界，向全球范围传播。
我们相信，我们正在描述一种具有深刻伦理意义和实际意义的全新局面。当然，在人类历史上，危机经常出现在人类事务中。然而，与我们在此讨论的新兴危机模式相比，我们认为，过去的危机总体上没有那么具有全球性。大萧条和第二次世界大战等真正全球性的危机是罕见的，因此值得关注，部分原因在于它们的全球性。或许更重要的是，过去的危机在其原因和后果上似乎普遍不那么具有系统性(Biggs et al. 2011)。
由于过去的危机在全球范围和系统间的影响较小，因此仍有大量外部资源可用于修复这些社会。[1]在一定程度上，受影响的社会可以学习、创新，然后可能在重建的过程中从根本上改变自己和他们的机构，尽管有时学习有限，危机最终会回来。
现在，我们认为，在一个经常被称为人类世(Anthropocene, Crutzen and Stoermer 2000, Crutzen 2002, Steffen et al. 2007)的全球变化时代，这样的第二次机会越来越少了。以全球GDP总量衡量，自20世纪50年代以来，全球经济增长了近20倍，来自自然系统的资源投入和废物返回这些系统的输出增加了约7倍(Krausmann et al. 2009;j·b·德龙未发表的手稿,http://holtz.org/Library/Social%20Science/Economics/Estimating%20World%20GDP%20by%20DeLong/Estimating%20World%20GDP.htm)．其中许多自然系统，包括森林、渔业、水循环、大气和陆地汇，因此承受着巨大的压力，其中一些系统，如地球气候，正表现出更高频率的极端行为(Hansen等，2012,IPCC 2012)。在同一时期，信息技术革命、全球贸易五倍增长以及人类制度、文化和技术的同质化，使得人类社会和经济系统的连通性和运行速度大幅提高(Chase-Dunn et al. 2000, Young et al. 2006)。
这些变化的综合结果是人类历史上第一次出现了一个单一的、紧密耦合的全球范围的人类社会-生态系统。紧密耦合意味着一场重大危机更有可能影响到这个系统的大部分(如果不是全部的话)，因此受影响的社会不太可能接触到基本上未受影响的社会和地区，从那里获得修复和重建所需的资源、资本和知识。
在一个外部资源储备有限、第二次机会越来越少的世界里，人类必须发展主动避开这种全球性和跨系统的新型危机的能力，否则，这种危机可能会不可逆转地破坏人类繁荣的生物物理和经济基础。不幸的是，人类现有的全球机构在提供这种导航方面装备不足(Walker et al. 2009)。因此，我们得出结论，建议进一步研究全球危机的新模式和能够大幅降低同步失败风险的快速制度演变途径。
概念框架
在本节中，我们将提供核心概念的定义，并确定描述同步故障的概念性框架的主要组件。复杂的系统本体为这个框架提供了信息(有关调查，请参阅Mitchell 2009)。
定义
我们将“系统”定义为一组因果联系的实体，它们可以被视为一个整体，并且具有足够强的自我平衡机制，可以作为一个可识别的整体持续一段较长的时间。构成人类社会生态系统的实体包括资源、非人类生物、人(包括他们的认知状态)、组织、机构和技术(Beddoe et al. 2009)。
一个社会-生态系统的“应对能力”是它保持在当前稳定域内的能力，或者以非灾难性的方式转移到另一个系统的基本特征和功能得以维持的稳定域的能力。我们的应对能力概念与“弹性”概念相呼应(Folke et al. 2010, Anderies et al. 2013)。然而，我们对应对能力的使用意在强调行动者的作用，具体来说，就是个人或群体选择如何、何时和何地应对系统性压力的能力。
“压力”是一种力量，如果没有对抗，将使系统脱离当前状态。在本文中，“危机”是指社会生态系统内或跨社会生态系统的突发事件或紧密相连的一系列事件，这些事件在相对较短的时间内对大量人群的福祉造成重大损害。
这种对危机的定义是中性的，因为这样定义的危机可以发生在一个生态、经济、政治或技术系统中，或上述几种系统的某种组合中。因此，该定义允许研究人员将传统上单独处理的事件归入单一分析类型。
提出的定义规定了危机发生的三个必要条件，这些条件加在一起是危机发生的充分条件:突然性(急剧非线性)、对大量人口的影响以及在相对较短的时间内对该人口造成重大伤害。这些条件或性质中的每一个都可以操作化。
在我们关于危机必须造成重大损害的规定中，我们背离了可能导致重大损害的事件有时被称为危机的传统用法。这种用法在国际事务的讨论中很常见，比如“古巴导弹危机”的标签。通过将危机定义为一种实际上会造成伤害的现象，我们可以减少对人们主观心理状态的评估，例如恐惧、焦虑和对威胁的感知。
该定义还假设所涉及的损害是危机的直接结果，因此发生得相对较快。因此，它不排除一场危机可以在较长一段时间内促成心理状态、社会结构和一般福祉方面广泛有益的变化的可能性。
最后，我们并不像一些被广泛引用的定义那样，规定意外或感知到的低概率是发生危机的必要条件。[２]首先，通常被理解为危机的事件往往被广泛预期。如果以色列在2016年攻击伊朗，摧毁其核设施，这一事件及其直接后果将被称为一场危机，尽管多年来人们一直预计会发生这种情况。第二，几乎所有的危机都能被预测到，即使只是偶然或运气。因此，意外性不是一个二元变量，也就是说，突发的有害事件不是预期的，也不是意外的。因为意外是一个连续变量，把它规定为必要条件，就需要规定有多少人口会因危机而真正感到意外，这是一个重大而不必要的并发症。
研究人员可以使用我们的定义来生成一个近代历史上的危机列表，比如上个世纪。然后，他们可以检查这个列表，建立关于危机发生频率、类型和严重程度的趋势，并确定新的危机模式是否正在出现。
同步失败的深层原因
我们认为，与过去的危机相比，未来的危机将越来越多地产生于三种潜在的、长期的、有因果关系的全球趋势的结合。首先是人类经济活动规模与地球自然资源和系统的关系急剧增加。人类在自然系统中引起的变化现在经常与非人类过程引起的变化相竞争或超过(Steffen et al. 2007)。第二种趋势是人类技术、经济和社会系统组成部分之间承载物质、能源和信息的连接的密度、容量和传输速度迅速上升(赫尔冰2013)。这种增加的连接性减少了这些系统组件之间的隔离，从而增加了它们所组成的整个系统的功能规模。第三个趋势是人类文化、制度、实践和技术(Boli和Thomas 1997, Meyer 2000, Young等人2006)的同质化程度日益提高，或多样性下降，包括利用生态系统服务的技术，如农业和水产养殖。尽管全球经济中的市场竞争可以促进多样性，但积极的网络外部性、赢家通吃的动力，以及企业在巨大市场中实现效率和规模经济的努力，都鼓励了过程的同质性，以及随之而来的冗余和系统冗余的削减(Levitt 1983, Arthur 1994, Frank and Cook 1996)。
这些趋势中的第二种和第三种是相互关联的，也就是说，它们都是彼此的原因和结果，尽管不是完全如此。更大的连接促进同质化，而同质化鼓励更大的连接。
这三种全球趋势分别或结合在一起，以三种主要方式促成了有利于同步故障的条件。首先，它们会同时产生影响人类社会的多重压力。这些压力会慢慢形成它们的力量，但随着时间的推移，它们可能会非常强大。例如，上述三个趋势中的第一个，即人类经济活动规模相对于自然资源和自然系统的急剧上升，正在导致一些关键资源(如常规石油)的更大的稀稀性(Sorrell等人2012,IEA 2013, Höök等人2014)，这种稀稀性是通过提取和处理最终产量的额外增量所需的能源量来衡量的(Davidson等人2014)。它还导致大气中温室气体浓度升高，从而增加了热浪等极端气候事件的发生率(Hansen等人，IPCC 2012)。此外，它还严重破坏了许多对人类福祉至关重要的自然系统，包括地球上大多数的渔场和大片的草原和森林。对于其中一些系统，如珊瑚礁，破坏正在接近甚至超过系统维持其完整性和特性的自我平衡能力(Bellwood et al. 2004, Hughes et al. 2010)。
三种全球趋势的结合也会产生压力。例如，气候变化和石油能源成beplay竞技本的上升，都是第一个趋势的结果，正在鼓励从能源密度高的碳基燃料过渡到平均而言能源成本更高、密度更低的替代能源(Heinberg 2009)。然而，实现和维持第二种趋势，即不断增强的连通性和人类社会的复杂性，需要越来越多的高质量能源投入(Odum 1988, Tainter et al. 2003)。这两种趋势之间的根本矛盾可能在本世纪造成巨大的经济和社会混乱(Morgan 2013)。
其次，这三种全球趋势增加了大规模、突然的系统性中断的风险，并帮助这种中断在全球网络中传播得更远、更快，从而助长了有利于同步故障的条件。例如，系统组件之间连接的密度、容量和传输速度不断增加，造成了这些组件之间的紧密耦合，从而增加了它们之间发生意外和有害相互作用的风险(Perrow 1999)，以及局部故障迅速蔓延到其他遥远的系统组件的风险(Buldyrev等人2010年，Harmon等人2010年，Bashan等人2013年，Helbing 2013年)。对生态网络和其他复杂网络的研究表明，连接性和同质性的提高使系统的适应性降低，最终更容易发生关键的转变，即大规模系统性转移或崩溃(Bodin和Norberg 2005, Scheffer et al. 2012, Lever et al. 2014)。
然而，相同的功能也可以产生好处。例如，更强的连通性可以通过促进来自附近组件的输入流来帮助修复局部故障(Biggs等人2012,Scheffer等人2012)。此外，人类社会系统中更大的连通性和同质性的结合，可以为有益的关键转变奠定基础，如全球向环境更可持续的价值观、制度和经济实践转变。
上述发展，即在全球网络中传播得更远更快的大规模中断的倾向增加，可能是与我们这里的论点直接相关的更普遍的趋势的证据:全球系统的更大同步。复杂的系统通常表现出同步(Strogatz 2003)。这是一种“涌现”现象，也就是说，整个系统由于其各组成部分的相互作用而产生的一种新特性。虽然同步的根本原因还没有被完全理解，但它似乎可能出现在当一个密集的网络连接之间的大部分同质系统组件携带的信号，在这些组件之间产生正反馈。上述三个全球趋势导致今天的全球系统越来越准确地展现出密集连接、远程遥相关和组件同质化的特征，这些特征似乎鼓励了同步(Biggs et al. 2011)。我们将强调全球能源系统在同步社会危机方面的明显作用。
最后，这三种全球趋势通过降低社会的应对能力，可能促成有利于同步失败的条件。技术系统及其相关社会系统内部和之间的更大的连通性往往会使这些系统的内部结构和机制对系统管理者更加不透明，提高了这些管理者所承担的认知和决策负荷(Barrett et al. 2004, HIMSS 2009)，通常会使系统预测和控制更加困难。不透明、管理过载和低控制在电网、全球金融和供应链网络等多种系统中日益明显(Korowicz 2012, Lee和Preston 2012, Tollefson 2013)。
同步故障过程
我们在上面确定的深层原因体现在三个危机过程中，它们共同构成了同步失败的核心特征。这些过程中的每一个通常与其他两个过程中的至少一个一起运行;也就是说，它们很少单独出现。然而，每一个都是原型，因此，我们相信，应该有一个独特的标签。
长引信大爆炸
第一个过程，我们称之为“长引信大爆炸”(或LFBB)，产生于社会-生态系统中一个或多个应力的缓慢积累(长引信的燃烧)，最终在系统行为中产生一个快速和急剧的非线性转变(大爆炸)，可能到一个新的系统配置。当压力水平超过系统的应对能力时，这种转变就发生了。换句话说，当压力与系统应对能力的比率超过1时，就会发生这种情况，前提是存在有效、可靠和独立的工具来测量压力和应对能力。我们称这种情况为“超负荷”。
我们对LFBB原型的概念来源于两个不同但互补的来源:关于社会危机的政治学理论和关于非线性变化的复杂系统理论。政治学家Karl Deutsch(1954)、Samuel Huntington(1968)和Alexander Motyl(2001)等人提出了社会和政治危机的超载崩溃理论。例如，亨廷顿认为，当社会的政治参与水平超过其政治制度化水平时，社会很容易出现不稳定。反过来，这些理论的起源至少可以追溯到三种不同的以前的思想路线(Homer-Dixon 2006): Émile Durkheim(1951)和Talcott Parsons(1951)的功能主义社会学，路德维希冯Bertalanffy(1950)和Norbert Wiener(1961)开创的系统理论和控制论，以及认知科学家和组织理论家如Herbert Simon(1983)的信息处理和计算理论。
我们对LFBB概念的另一个来源是复杂系统理论，它提出系统行为中的急剧非线性转移可以以两种截然不同的方式出现。在第一种情况下，一个或多个状态变量的值的变化会导致系统在多维状态空间中突然从一个地方跳到另一个地方;这个系统的“翻转”或临界跃迁可以被建模为突变流形上的分支(Scheffer 2009)。在第二种类型中，系统内缓慢积累的势能在“雪崩”事件中释放出来。在表现出自组织临界性的系统中，幂律描述了雪崩大小的频率分布(Bak 1996)。非常大的事件，即雪崩在分布的尾部，是可能的。
同时强调
第二个同步失败的过程，我们称之为“同时应力”(SS)，出现在两个或更多的应力结合在一个单一的社会-生态系统。正确地描述这些多重重音之间的关系是很重要的，这里出现了两个关键问题。首先，这些应力是因果联系的还是因果独立的?第二，在它们的综合效应中，重音是有乘法关系还是加法关系?
关于第一个问题，强调在日益成为当今世界特征的紧密耦合的社会-生态系统内发展，很少(如果可能的话)是完全相互因果独立的。然而，它们之间的因果关系可以有多种形式，从一个极端的线性单向因果关系到另一个极端的高度非线性互反(或反馈)因果关系。此外，压力之间的因果联系可以发生在压力发展的所有时间阶段。任何对多重压力的充分描述都必须提供这种复杂性的细节。
关于第二个问题，应力之间的乘法关系意味着它们的综合效应，即总应力，不是它们对该效应的个人贡献的直接总和;因此，各应力之间的关系是协同的。此外，重音之间的乘法关系意味着它们之间的逻辑“和”关系，这意味着每个重音都被假定为结果发生的必要条件。换句话说，只有当压力X和Y以足够的组合强度同时出现，超过系统的应对能力时，超载才会发生。例如，在人群中爆发病媒传播的疾病需要病原体和病媒。每一个都是爆发发生所必需的，因此它们都不能单独导致爆发。另一方面，加性关系意味着逻辑上的“或”关系，这意味着任何一个确定的压力本身都足以产生结果。在这种情况下，当X和/或Y的强度超过系统的应对能力时，就会发生超载(Mahoney 2008, Mahoney et al. 2009)。[3]
在给定的情况下，应力之间的实际关系必须通过实证调查来确定。很有可能，事实上，最好的表现将涉及两种类型的关系的组合。例如，当(X或Y)和Z同时出现时，可能会发现发生过载。此外，研究人员可能会确定超载的结果是“等量的”，这意味着它可能沿着多个离散的因果途径产生。在这种情况下，研究人员应该理想地规定每种通路的充分原因集。[4]练习的结果将类似于风险分析中常见的故障树模型(Lee et al. 1985)。
分支的过程级联
第三种过程原型，我们称之为“分支级联”(RC)，当紧耦合网络中某个节点的突然和严重扰动通过网络的链接传播到邻近节点时，就会产生与原始扰动一定距离的连锁反应。我们在上面提出，人类技术、经济和社会网络内部以及这些人类网络和自然系统之间不断增强的连接，增加了系统意外交互和远程级联系统故障的频率和严重性(Adger等人2009年，Galaz等人2011年，Korowicz 2012年)。
我们的每一个过程原型都突出了正在出现的社会-生态危机模式的一个独特而关键的属性，我们称之为同步失败。LFBB原型强调系统上的压力如何导致突然的非线性，即系统的变化速率突然从慢变快。SS原型突出了同时操作的多个应力如何在它们的总影响中结合起来，通常是协同的。最后，RC原型强调了由突然的非线性引起的破坏或冲击是如何通过现代紧密耦合的社会-生态网络迅速传播的。
同步失败的结果
我们认为，与过去的危机相比，上述原因和过程正在日益产生具有鲜明特征的危机。具体来说，我们称之为“同步失败”的这种新兴危机，其起源更具有生物物理性质，表现形式更具有系统间性，影响范围更广泛，发展速度也更快。这四种特性加在一起增加了未来危机的风险，即在人类时间尺度上涉及不可逆转的系统翻转，对人类产生巨大影响。
在图1中，我们将概念框架的各种元素放在一起。这幅图区分了两个时间阶段。在集成SS和LFBB过程原型的阶段1中，缓慢过程在很大程度上离散的系统中运行。多重缓慢发展的压力共同导致这些系统过载。随着“X”符号之间的收敛箭头，我们指定之间的关系，在每个系统的应力是乘法;然而，正如上面所讨论的，这些关系也可以是附加的。
近距触发的操作标志着阶段1和阶段2之间的过渡;这些触发因素导致每个系统过载，从而产生离散的系统性危机。这些危机的同时性或近同时性，即危机行为的同步性，源于系统间跨系统边界的因果相互作用。
在集成SS和RC原型的阶段2中，快速过程跨多个系统操作。在这里，同时发生但以前基本上互不相关的系统性危机再次协同作用，产生了一场单一的多系统危机，通过紧密耦合的全球网络向外蔓延。
SS过程原型出现在这两个阶段。在第一阶段，缓慢作用的压力是多重的;而在第二阶段，是快速反应的多重危机。RC原型从定义上讲涉及快速过程，而LFBB则涉及缓慢和快速过程——先是缓慢，然后快速。我们的框架暗示，产生危机的慢系统和快系统行为之间的过渡需要类似LFBB过程的东西。产生这种非线性响应的具体因果机制将因系统而异。
有些人可能会反对，这里提供的概念框架是太确定和太悲观。这些批评者可能会说，在过去，多重压力甚至危机往往会刺激创新、重组和适应，而不是灾难性的系统故障。如今，人类的处境甚至提供了更多乐观的理由:科学和技术的进步与思想和通信系统的全球化相结合，大大提高了人类预测、理解、避免危机以及建设性地应对危机的能力。因此，我们的框架低估了人类社会的长期应对或适应能力。短期的超负荷和危机将及时带来创造力和适应性，使社会比以前更好(Wilkinson 1973, Simon 1998)。
我们承认这一反对意见，但我们认为，本世纪人类的困境在很大程度上是新颖的，其最好的特征是在其问题迅速增加的严重性和复杂性与其不断提高但仍不确定的预测、主动解决和建设性应对这些问题的能力之间的竞赛(荷马-迪克森，2000年)。在2015年，我们不能确定这场比赛的结果。毫无疑问，危机可以为创新创造机会。然而，人类历史提供了大量的证据，表明这些机会往往没有被利用，或者，如果它们被利用了，由此产生的创新要么不足，要么是错误的类型，无法产生长期可持续的结果(Homer-Dixon 2000)。此外，人类现在面临的许多最严重的问题，如气候变化、生物多样性丧失和营养物质污染，都涉及全球公共产品的提供(Kaul et al. 2003, Babeplay竞技rrett 2007)。由于这些商品的产权是不存在的、不明确的或共享的，已经成为人类创新的主要机制的市场机构往往不能产生充分的反应(Cornes和Sandler 1996)。
如果人类能更好地理解这些挑战，就能更有效地应对不断变化的挑战。我们带着这个目标提出了我们的概念框架。它包含了一系列关于全球危机的新特征的相互关联的命题，我们认为，这些特征值得深入研究。
插图
例证1:2008年金融能源危机
我们框架的所有组成部分在2008年金融市场和全球经济爆发的危机中都可以看到。大多数人都记得，美国次级房贷市场的持续困境演变成一场全球金融危机，而这场危机的导火索，尤其是9月底雷曼兄弟投资银行的倒闭。然而，那一年也发生了另一件全球范围的事件:油价迅速上涨，然后暴跌。从1月到6月，轻质原油的价格从每桶90美元上涨到近150美元，然后在年底暴跌到不到50美元。
虽然看起来金融危机和能源价格冲击在因果关系上是独立的现象，但我们认为这两个事件在其深层原因、直接触发因素和相互交织的后果上是相互联系的，如图2所示。因此，我们将这一事件称为“金融能源”危机。它展现了我们认为将日益区分未来危机的四个特征:它是全球性的;它发展得异常迅速;它显然是系统间的，因为它产生于人类金融和能源系统的相互作用;它是深刻的生物物理学，因为它植根于，在很大程度上，人类对自然资源的利用。
全球能源系统在图的底部。在20世纪90年代中期到2008年期间，在涉及液体运输燃料的部分系统中，几个缓慢建立的压力协同作用结合在一起。全球对液体燃料的需求每年增长1%到2%，这主要是由于中国和印度这两个巨大的经济体继续进行能源密集型发展，并扩大了它们的运输车队。与此同时，地球上越来越多的常规石油产量来自于超过峰值产量并呈现逐年下降的油田(Sorrell et al. 2012, IEA 2013, Höök et al. 2014)。最后，发现和生产新石油资源的能源成本持续稳步上升，这意味着常规和非常规能源的能源投资回报率(EROI)都在下降(Guilford et al. 2011, Fournier et al. 2013, Murphy 2014, Hall et al. 2014)。［5］这些压力使全球石油市场的疲软急剧减少，使其更加紧密地耦合，并降低了液体供应的弹性(Murray和King 2012)。
全球金融体系在图的顶端。在20世纪80年代的美国，经济政策制定者打破了当时盛行的凯恩斯主义正统理论，而采用货币主义，这主要是为了应对美国在过去10年经历的滞胀。美国联邦储备委员会(Federal Reserve)主席沃尔克(Paul Volcker)利用大幅紧缩的利率政策控制住了通胀。一旦通胀消退，世界各地的经济决策者就会通过鼓励在他们指导下的经济体中的信贷供应增长，来应对长期的需求不足，以及由此造成的劳动力和资本失业。一种反监管的经济意识形态，与货币主义的转变相辅相成，在关键的政策圈中占据了主导地位，尤其是在美国。
其结果是长达20年的流动性洪流涌入全球经济，带来了快速的经济增长，尤其是在亚洲(Reinhart 2012)。然而，流动性洪流也帮助产生了一系列的投机泡沫，在20世纪90年代的东亚，在20世纪90年代末和21世纪初的美国信息技术行业，在21世纪00年代末的美国和欧洲部分地区的房地产行业(Justiniano et al. 2015)，在21世纪00年代末的自然资源市场。
在此背景下，在2008年之前的十年间，许多经济压力协同作用。宽松的信贷和放松管制鼓励了债务和风险证券化的做法，这种做法蔓延到发达经济体的所有部门，扩大了债权人与获得信贷的基础资产之间的差距。这种日益扩大的差距反过来侵蚀了债权人和投资者准确判断资产风险的能力和动机。与此同时，股票交易员使用越来越复杂的计算和数学技术来生成证券化资产并估计其风险，以及更快的通信技术来在全球交易这些资产。这些资产日益复杂，投资者、投资和市场之间全球联系的密度和速度不断增加，使得整个经济体系的行为逐渐变得更加不透明。最后，全球金融网络架构的变化加强了其耦合性和降低了模块化，增加了资产和网络连接在少数大型金融机构中的集中度，并抑制了银行资产负债表上负债和资产的多样性(Haldane and May 2011, Forbes 2012)。
由于这些趋势的综合作用，政策制定者、监管机构、经济评论员和投资者越来越低估系统性风险，即全球经济整体水平的风险。当时盛行的反监管意识形态，让标准普尔(Standard & Poor 's)和穆迪(Moody 's)等关键评级机构得以对实际上质量极低的资产给予aaa评级。
图2的左侧代表了能源和金融系统的SS和LFBB属性。这些系统是不同的，但他们不是完全孤立的彼此。事实上，在上述两个系统内部的压力变得严重之前，两种系统之间的联系已经跨越了它们的共同边界。
首先，经济系统和能源系统之间存在因果关系。从上世纪80年代末到2000年代中期，流动性驱动的经济增长直接导致了能源、尤其是石油消费的激增。到2008年，拥有廉价信贷和先进交易技术的投机者成倍增加了全球石油市场根本不疲软的影响(Juvenal和Petrella, 2012)。
其次，从能源系统到经济系统之间存在着反向的联系。从1986年到21世纪初，以历史标准衡量，石油中的能源是廉价的。按实际价值计算，这比1973年至1986年的整个时期都要便宜。廉价的能源和集装箱化等技术进步意味着廉价的运输，而廉价的运输鼓励了全球生产商和供应商网络的发展。其结果是全球经济的物质连接迅速增加，与新信息技术带来的飞速增长的信息连接并行(Chase-Dunn et al. 2000)。
我们认为，这些双向互动有助于同步全球经济和能源系统的行为，因此，到2008年年中，这两个系统同时到达关键节点，并表现出对危机的极端敏感性。在每个系统内，累积的压力已经超过了正常的应对机制，特别是市场通常的调节和稳定作用。
例如，在金融体系中，美国银行无法足够快地冲销与次级抵押贷款相关的不良证券化债务。与此同时，在2008年上半年的全球能源体系中，油价上涨鼓励了对石油期货的大量投机，进一步推高了价格。这是一种积极的或自我强化的反馈。通常情况下，石油市场的价格信号会刺激负反馈行为:价格上涨会给市场带来更多的石油供应，就像它们通过鼓励节约减少需求一样;这两种结果反过来都会降低价格。
研究人员还没有就随之而来的全球危机的直接诱因达成共识。然而，这一同步失败的第二阶段可能已经开始于加州、内华达州、亚利桑那州和佛罗里达州的大量郊区和远郊住宅区，这些地方是本世纪头十年中期美国房地产泡沫的主要地点。只有在汽油价格便宜的时候，开发这些地区才具有商业意义:许多居民在经济状况最好的时候财务状况不稳定，几乎所有人都要花很长时间去上班，通常需要两个小时或更长时间。随着美国汽油价格像2008年6月初那样突破每加仑4美元的心理临界关口，越来越多的居民和潜在买家认为这些地区的住房负担不起。房屋抵押贷款违约率飙升，这意味着抵押贷款支持的证券价值暴跌。[6]
因此，2008年6月至9月的几个月里，能源危机和金融危机(在此之前基本上互不相关)共同引发了一场全球性、多系统的危机。市场并没有预料到雷曼兄弟会在9月底倒闭，他们认为这一事件表明美联储无法控制不断上升的违约潮(Swedberg 2010)。世界各地银行和公司资产负债表上的证券化资产突然变得价值不明。银行、对冲基金和企业资产负债表的相互依赖加强了全球金融市场的耦合，因此不确定性迅速传遍全球市场。银行和企业对无法评估其资产负债表的交易对手的财务生存能力没有信心，因此干脆停止了彼此之间的业务往来。全球贸易崩溃(Levchenko et al. 2009)，世界上每个主要经济区域同时开始收缩。需求下降导致油价在三个月内下降了近100美元一桶。
只有历史上规模最大的中央银行协同干预，包括注入数万亿美元的额外流动性，以及将数百家倒闭的银行和行业完全国有化，才在2008年底和2009年初阻止了危机。然而，许多导致危机的潜在压力，包括运输燃料的能源成本上升和金融市场监管普遍薄弱，今天仍在继续运作。
图2:2008年粮食能源危机
从2006年到2008年中期，全球平均粮食价格几乎翻了一番，尤其是在2008年上半年，粮食价格直线上升。由于穷人通常将家庭收入的很大一部分用于购买食品，粮食价格的急剧上涨伤害了世界各地数千万人的利益，造成贫穷国家营养不良问题暂时激增，福祉普遍下降，尤其是在城市地区和儿童中(Ivanic和Martin 2008年，Tiwari和Zaman 2010年)。
研究人员通常将这一事件解释为各种天气对农业贸易的冲击、富裕国家推广生物燃料以及石油价格上涨导致农业能源投入成本激增的综合结果(Headey和Fan 2008, Headey et al. 2010, Lagi et al. 2011, Wright 2011)。一些主要粮食生产国的出口禁令加剧了粮价的飙升。
这项研究正确地强调，许多因素相互作用导致价格飙升，全球能源体系发挥了核心作用。然而，在大多数情况下，它并没有区分长期压力和更短期的近期原因。一般来说，它也不能解释食物系统急剧非线性反应背后的机制。最后，它不足以突出此次危机深刻的系统间性质。
我们在图3中捕捉到这些属性，它代表了我们的框架下的2008年粮食危机。这场危机和近期食品价格的高幅度波动表明，人类的食品系统正处于极端压力之下，未来可能会经历更大的危机(Berry et al. 2012)。
数千年来，随着农业的逐渐扩大和多样化，人类广泛地改变了地球的生物圈。在过去的一个世纪里，农业的变化速度变得更快，它对生物圈的影响更加明显。传统的、多样化的、通过休耕或农林复合耕作循环利用养分的轮作农业系统，已经让位于生态上更为简单的系统，这些系统在机械化劳动、灌溉、化肥和农药的投入等方面严重依赖化石燃料。这些新系统起源于欧洲，然后传播到美洲、亚洲，最后是非洲的部分地区。它们生产的廉价食物极大地改善了人类的福祉。然而，由于贫困，大约有10亿人今天仍然营养不良。
近几十年来，全球粮食体系中出现了四种同时发生、有时相互作用的压力。首先是高质量的新农业用地不断减少。农业使用了世界上35%的土地。进一步的扩张是有可能的，但只有少数几个国家，如安哥拉、巴西、刚果、莫桑比克、俄罗斯、赞比亚和坦桑尼亚，有足够的未使用土地，质量足以维持任何大幅增长。一旦考虑到生态和社会经济的限制和权衡，潜在的额外耕地大大少于通常认为的(Lambin et al. 2013)。
第二个压力是在世界许多地区农业集约化的边际收益稳步下降，即肥料、机械和灌溉用水等投入的增量增加(Fuglie 2010)。在富裕国家，集约化的边际效益已经很低:它可以提高农业产量，但仅通过集约化来维持过去的产量增长率通常会产生外部成本，如更严重的水污染和生态系统服务的损失，而这些成本可以显著抵消任何效益(Matson和Vitousek 2006, Bennett等人2014,Rist等人2014)。在较贫穷的地区，集约化更容易获得巨大收益，但社会、基础设施和制度问题往往阻碍这种战略的实施。在投入本身没有更大的投资的情况下——例如，使用更多的化肥和同类型的拖拉机——更好的技术可以提高投入生产率。如果技术能够告诉农民他们土地的哪一部分最需要化肥，那么一公斤化肥将生产更多的粮食。事实上，在过去十年中，更高的投入生产率占世界粮食产量增长的四分之三(Fuglie 2010, Fuglie et al. 2012)，但一些谷物的生产率提高似乎正在放缓，尤其是小麦和水稻(Ray et al. 2012, Grassini et al. 2013)。
第三，气候变化beplay竞技已经开始通过增加极端天气事件(如干旱)的频率和严重程度来影响粮食产量(Lobell and Field 2007);这种影响预计将在未来几十年变得更加明显，需要对新的农业技术和基础设施进行更大的投资(Battisti和Naylor 2009, Ackerman和Stanton 2013, Dai 2013)。
从本质上讲，前三种压力作用于全球粮食系统的供应端。尽管它们没有停止产出增长(Fuglie et al. 2012)，但它们限制了这种增长，在某些情况下抵消了其经济和社会效益。与此同时，世界粮食需求持续增长，构成了第四种压力。肉类需求的增长，部分原因是全球人口仍在以每年约7000万人的速度增长，部分原因是这部分人口的平均收入稳步提高，增加了肉类消费。更多的肉类消费反过来会推动整体食物消费向营养层次上升，需要更多的食物总产量(Bonhommeau等，2013年)。对粮食的更高需求产生了从农业投资中获利的机会，但上述三个供应方面的压力会降低这种投资的吸引力。低投资进一步限制了未来全球粮食产量的增长，并增加了未来几十年粮食价格更大幅度上涨的可能性。
图3的左上角代表了全球粮食系统，显示了上述四种同时发生的压力。应力表现出SS和LFBB动态。在2007-2008年之前的几年里，其中一些问题，特别是土地可获得性减少、边际收益下降到集约化，以及粮食需求上升，开始使全球粮食系统的应对能力超负荷，包括其市场机制和负责应对粮食短缺的国际机构，如世界粮食计划署(IDC 2008，世界粮食计划署2009)。这些机构本应在全球粮食体系中起到稳定(负面)反馈的作用，但由于其能力和运作范围有限，其有效性值得怀疑(Walker et al. 2009)。图的下半部分再次描绘了全球能源系统的三个主要压力:全球对常规石油的需求增加，成熟油田的减少，以及发现和生产一桶边际石油的能源成本上升。
在2008年危机之前的几年里，食品和能源系统之间的共同边界上的联系在两个方向上发展，我们认为，这再次促进了它们同步的危机行为。20世纪80年代和90年代的廉价石油鼓励农民通过提高机械化、灌溉和更多地使用化肥来增加粮食生产的能源投入。21世纪初，油价上涨直接推高了食品成本(Headey and Fan 2008, Baffes and Dennis 2013)。价格上涨也鼓励农民利用他们的土地种植生物燃料，以替代石油衍生的运输燃料。[7]因为农田现在既可以种植粮食，也可以种植生物燃料的原料，人类农业和能源系统是双向耦合的(Hertel和Beckman 2011, Searchinger和海姆利克2015)。能源系统的产物是对农业系统的投入，农业系统的产物是对能源系统的投入。
虽然分析人士在2008年粮食危机之前就知道上述因素，但这一事件仍然让大多数专家感到惊讶。很少有人预料到，在本文描述的粮食系统面临的四种压力的背景下，2007年以来的低结转谷物库存如何放大了全球粮食系统对各种近期冲击的敏感性，例如澳大利亚持续干旱(Wright 2011)。
世界各国的即时反应让问题变得更糟，部分原因是人们对这场危机的动态把握得如此之差。特别是一些粮食生产国，包括巴西、印度和越南，禁止出口，进一步推高了价格(Mitra和Josling 2009)。此外，面对粮食短缺和价格上涨，许多国家在短期内几乎没有表现出什么弹性，它们以前曾减少本国的粮食储备，因为它们认为有效的国际粮食市场不可能发生大规模粮食危机。
全球金融体系也发挥了作用，尽管目前还不清楚期货市场的投机活动对危机的影响有多大。一些研究显示了强烈影响的证据，而其他研究发现很少(Gilbert 2010, Lagi et al. 2011, Aulerich et al. 2013)。尽管如此，毫无疑问，金融管制的放松和衍生品新类别的发展鼓励了食品市场的指数型投资，而在此之前，指数型投资几乎只用于对冲生产者的风险。
2008年的粮食危机对多个系统产生了巨大影响。我们提到了它对世界各地家庭、个人、特别是儿童福祉的影响。粮食价格的飙升也破坏了许多政治体系的稳定:几十个贫穷国家爆发了粮食骚乱和暴力事件，包括孟加拉国、布基纳法索、喀麦隆、埃及、印度尼西亚和也门。然而，全球粮食体系在中期内显示出弹性。农民对价格上涨反应强烈:主要小麦和玉米出口国的粮食产量在第二年上升了25%至30%，中国和印度大幅增加了公共农业支出(Headey et al. 2010)。尽管如此，价格总体上仍高于上世纪90年代或本世纪初的水平，而且似乎变得更加不稳定。
这些情况为粮食系统的进一步不稳定奠定了基础。2010年8月，在俄罗斯农作物遭受严重干旱和创纪录高温破坏后，俄罗斯当局禁止了粮食出口，这种天气现象可能归因于气候变化。beplay竞技短短几周内，主要粮食价格大幅上涨，2010年第四季度世界粮食价格整体超过了2008年的水平。到2011年春季，全球食品价格平均比2008年水平高出20%。食品价格上涨很可能是引发骚乱的直接原因。这场骚乱始于2010年12月的突尼斯，并在2011年冬春席卷了中东和北非近10个国家(Johnstone and Mazo 2011, Werrell and Femla 2013)。
结论:未来的研究
在本文中，我们阐述了一个概念框架，显示了全球危机的新兴因果架构，我们称之为同步失败。这个框架确定了这一现象的深层原因、特征过程和共同结果。我们用2008年金融能源危机和2008年粮食能源危机这两场最近的全球危机来阐述我们的框架。
根据我们的分析，引人注目的是，这两次危机都发生在2008年，而且在这两次危机中，全球能源体系，特别是全球常规石油体系，都发挥了核心作用。事实上，由于能源系统的作用，这两场危机可以被视为一个单一的三系统同步故障实例。
当研究人员考虑重大危机的形式和发生率如何变化时，全球能源系统的因果作用值得特别关注。只有大量廉价优质的能源投入，才能创造和维持人类文明前所未有的连通性和复杂性，包括本文所述的人类文明各组成系统之间的连通性。因此，作为一个暂时的假设，提出全球能源系统有助于同步这些系统的行为，并同时刺激它们内部和外部的危机似乎是合理的。其他因素，如全球贸易和运输系统、互联网以及多种资源同时稀缺(Seppelt et al. 2014)也可能发挥同步作用，但这些因素本身依赖于大规模能源流动，因此是大规模能源流动的重要衍生品。
全球应对日益严重的能源短缺的调整不太可能一帆风顺。不断上升的能源成本刺激了繁荣-萧条的投资周期，以及供过于求和短缺的交替(Jackson和Smith 2014)。2014年底至2015年初，全球石油供过于求的程度相对较小，日均供过于求约为1% - 2%，但国际油价却下跌了50%。油价下跌造成了全球经济的不稳定，主要产油国的收入急剧下降。尽管油价下跌，但全球石油市场仍然表现出有限的疲软，因此仍然容易受到地缘政治动荡的影响，例如，中东地区的不稳定可能是更大的系统间危机的直接原因。
更一般地说，研究人员应该密切调查人类的能源、食物、水、气候和金融系统之间复杂、密集和不断演变的因果关系，以及这些联系对人类长期福祉的影响。虽然研究项目探索了这些系统的特定对之间的关系，例如，水-食物，能源-金融，能源-气候和气候-食物的关系，没有研究项目解释了所有五个系统的联合和共同进化行为，特别是没有考虑到生物圈维持这些系统的能力(Steffen et al. 2007, Galaz et al. 2012)。然而，人类的命运很可能与这些系统息息相关。[8]
我们提出的框架可以指导对最近的全球危机进行系统分析。这样的分析将有助于改进框架。它还可以确定早期预警指标和适当的干预措施，以增强社会恢复力和适应性治理，并最终减少同步失败的危险。
__________
[1]上世纪80年代末和90年代初苏联及其相关帝国的解体就是这种地理上和系统上有限危机的一个例子。
[２]例如，Seeger、Sellnow和Ulmer将组织危机定义为“一个特定的、意想不到的、非常规的事件或一系列事件，这些事件会产生高度的不确定性和威胁，或被认为会威胁组织的高优先级目标”(Seeger et al. 1998:233)。
[3]在附加关系中，一种压力可以掩盖另一种压力的影响。例如，区域性高浓度的硫酸盐气溶胶可以掩盖大气中二氧化碳浓度上升的普遍变暖效应。
[4]从技术上讲，这将是INUS原因的一种表示，其中每个原因都是一组原因中的一个不足但必要的成员，这些原因本身是不必要的，但对于系统过载的等量结果来说是充分的(Mahoney 2008, Mahoney et al. 2009)。
［5］这里提到的EROI趋势有充分的证据(Hall et al. 2014)。水力压裂和蒸汽辅助重力泄油(SAGD)等新技术带来了大量的新石油，特别是来自非常规致密油和沥青地层的石油，但这种供应比常规石油要昂贵得多(Murphy 2014)。与此同时，全球成熟常规油田的产量正以每年6% - 7%的速度迅速下降(IEA 2013)。水力压裂和SAGD技术可能会部分弥补这种下降，但会大大增加能源成本(Hughes 2013)。
[6]汉密尔顿(2009)写道:“石油危机和住房问题之间存在相互作用。在洛杉矶、坦帕、匹兹堡、芝加哥和波特兰-温哥华都市统计区，2007年最接近中心城市地区的邮政编码的房价可能会略有上涨，但随着平均通勤距离的增加，邮政编码的房价可能会大幅下跌。房屋止赎率也随着距离市中心的距离而上升。当然，从某种程度上说，石油危机直接导致收入下降和失业率上升，这也会抑制住房需求。”
[7]在美国，2005年的可再生燃料标准强化了这种替代，该标准要求运输燃料生产商在其产品中掺入一定比例的生物燃料。
[8]壳牌公司赞助了对全球能源、水和粮食系统之间联系的研究。看到的:http://s07.static-shell.com/content/dam/shell-new/local/corporate/corporate/downloads/pdf/powering-progress-together/ppt-rotterdam-2014-event-report-240614.pdf．
致谢
我们要感谢Nick Bostrom, Gary Bowden, Lisa Deutsch, Jerker Lokrantz, Eric N - vdal, Toby Ord和Anders Sandberg的实质性贡献。Reinette Biggs得到了瑞士联邦理工学院科学奖学金和斯德哥尔摩恢复力中心的米斯特拉奖学金的支持。本文由2010年4月在斯德哥尔摩举办的“全球动力学的不便反馈”研讨会发起，该研讨会是瑞典皇家科学院贝耶尔生态经济研究所和斯德哥尔摩恢复力中心“全球动力学和恢复力”联合研究项目的一部分。感谢Anna-Greta och Holger crafoordds基金会和Till Br - derna Jacob och Marcus wallenberg基金会的经济支持。非常感谢Joan Hewer协助研究和格式，以及Jerker Lokrantz准备数据。
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